Faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften

Zugprüfverfahren für faserverstärkte Kunststoffe

Faserverstärkte Kunststoffe (Frp) wurden in der Luft- und Raumfahrt häufig verwendet, Automobilherstellung, Konstruktion, Sportgeräte und andere Felder aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, Leichtes Gewicht, hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit. Jedoch, Die mechanischen Eigenschaften von FRP hängen weitgehend von der Grenzflächenbindungsstärke zwischen seinen inneren Fasern und dem Matrixmaterial und der Orientierungsverteilung der Fasern ab. Therefore, genaue Prüfung der mechanischen Eigenschaften von FRP, insbesondere Zugversuche, ist von großer Bedeutung für die Bewertung seiner Zuverlässigkeit und Haltbarkeit im praktischen Einsatz.

1. Bedeutung der Zugprüfung von faserverstärkten Kunststoffen

Faserverstärkte Kunststoffe sind im Automobilbau weit verbreitet, Luft- und Raumfahrt, Bau und andere bereiche, und werden wegen ihrer hohen Festigkeit geschätzt, geringes Gewicht und Korrosionsbeständigkeit. Um die Qualität dieses Materials sicherzustellen, Zur Bestimmung der Festigkeit ist ein Zugversuch erforderlich, Zähigkeit und Duktilität. Zu den Zugprüfnormen für faserverstärkte Kunststoffe gehört hauptsächlich ASTM D638, ISO 527 und GB/T 1040.

2. ASTM D638-Standard
ASTM D638 ist ein von der American Society for Testing and Materials herausgegebener Standard (ASTM) zur einachsigen Zugprüfung von Kunststoffmaterialien. Die Norm legt die Größe und Geometrie des Probekörpers fest, Testbedingungen, Datenverarbeitungsmethoden, usw. Die angegebenen Probenformen umfassen Standardproben, Dickenproben und dünne Plattenproben, und die Testdaten umfassen maximale Belastung und Bruchdehnung.

3. ISO 527 Standard
ISO 527 ist eine von der International Organization for Standardization herausgegebene Norm für Zugprüfungen verschiedener Arten von Kunststoffmaterialien. Im Vergleich zum ASTM D638-Standard, die Probenform der ISO 527 Der Standard ist flexibler und kann je nach Bedarf angepasst werden. Der Standard umfasst vier Testmethoden, die auf verschiedene Arten von Materialien anwendbar sind, einschließlich Kunststoffe, faserverstärkte Kunststoffe, Folien und starre Kunststoffe.

4. GB/T 1040 Standard
GB/T 1040 ist eine chinesische nationale Norm für Zugversuche an Kunststoffmaterialien. Im Vergleich zu ASTM D638 und ISO 527 Standards, Dieser Standard unterscheidet sich in den Testmethoden, Anzahl der Exemplare, Datenverarbeitung, usw. Zum Beispiel, Parameter wie die Zuggeschwindigkeit der Probe, Prüftemperatur und Luftfeuchtigkeit sind in der Prüfmethode angegeben. At the same time, im Hinblick auf die Datenverarbeitung, Die Norm legt außerdem Methoden zur Berechnung der Bruchfestigkeit und Dehnung fest.

Faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe-Bestimmung der Zugeigenschaften

1. Erkennungsprinzip

Eine statische Zuglast wird gleichmäßig entlang der axialen Richtung der Probe ausgeübt, bis die Probe bricht oder eine vorgegebene Dehnung erreicht. Während des gesamten Prozesses, Zur Bestimmung der Zugspannung werden die auf die Probe ausgeübte Belastung und die Dehnung der Probe gemessen (Zugfließspannung, Zugbruchspannung oder Zugfestigkeit), Zug-Elastizitätsmodul, Poissonzahl, Bruchdehnung und Spannungs-Dehnungs-Kurven zeichnen.

2. Prüfstandard

GBT 1447-2005 Prüfverfahren für Zugeigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen

3. Probeartikel

1. Zugbeanspruchung: das Verhältnis der Zuglast zur anfänglichen Querschnittsfläche innerhalb des Dickenbereichs der Probe

2. Zugfließkraft: die Anfangsspannung, bei der die Dehnung zunimmt, die Spannung jedoch während des Zugversuchs nicht zunimmt, Dies kann niedriger sein als die maximale Spannung, die die Probe erreichen kann.

3. Bruchzugspannung: die Zugspannung, bei der die Probe während des Zugversuchs bricht.

4. Zugfestigkeit: die maximale Belastung, der das Material standhält, bevor es reißt.

5. Zugbelastung: die Geschwindigkeit der Längenänderung innerhalb des Dickenbereichs der Probe unter Einwirkung der Zuglast.

6. Zugfließdehnung: Die Zugspannung an der Streckgrenze der Probe, die während des Zugversuchs nachgibt.

7. Zugbruchdehnung: Die Zugspannung, wenn die Probe unter der Zuglast bricht.

8. Zug-Elastizitätsmodul: Das Verhältnis von Zugspannung zu Zugdehnung innerhalb des elastischen Bereichs des Materials.

9. Poissonzahl: Der absolute Wert des Verhältnisses der durch die gleichmäßig verteilte Axialspannung verursachten Querdehnung zur entsprechenden Axialdehnung innerhalb des proportionalen Grenzbereichs des Materials; die relative Dehnung innerhalb des Messlängenbereichs, wenn die Probe unter Zugeinwirkung bricht.

Faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe-Bestimmung der Zugeigenschaften

IV. Prüfgeräte

1. Universelle Materialprüfmaschine

(Schematische Darstellung: Die universelle Materialprüfmaschine kann mit unterschiedlichen Vorrichtungen für unterschiedliche mechanische Prüfungen eingesetzt werden)

2. Keilbefestigung

3. Verstärkungsblech (Gilt für Proben vom Typ II)

A.1 Verstärkungsplattenmaterial

Verwenden Sie das gleiche Material wie die Probe oder ein Material mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul als die Probe.

A.2 Größe der Verstärkungsplatte

Dicke: 1mm~3 mm;

Breite: Die Breite der Probe, wenn eine einzelne Probe verklebt wird; wenn der Probekörper nach stoffschlüssiger Verklebung zu einem einzigen Probekörper verarbeitet wird, Die Breite muss

Erfüllen Sie die Anforderungen an die Anzahl der zu verarbeitenden Proben.

A.3 Verklebung des Verstärkungsblechs

Schleifen (oder Sandstrahlen) Die Klebefläche mit Schleifpapier bearbeiten. Achten Sie darauf, die Materialfestigkeit nicht zu beeinträchtigen;

Reinigen Sie die Klebefläche mit einem Lösungsmittel (wie Aceton);

Mit einem bei Raumtemperatur aushärtenden Klebstoff verkleben (wie Epoxidkleber) mit guter Zähigkeit;

Drücken Sie den Klebeteil der Probe für einen bestimmten Zeitraum unter Druck, bis die Aushärtung abgeschlossen ist.

4. Maßgeschneiderte Vorrichtung für Proben vom Typ III

4. Testbedingungen

A. Probentyp:

Exemplar vom Typ I (Hantelform): 180×10×(2~10)mm, 10Stk

Exemplar vom Typ II: 250×25×(2~10)mm, 10Stk

Exemplar vom Typ III: Hundeknochentyp, 7Stk

Probe zur Poissonzahl

2. Testtemperatur

Raumtemperatur

3. Testgeschwindigkeit

Bei der Messung des Zugelastizitätsmoduls, Poissonzahl, Bruchdehnung und Zeichnen von Spannungs-Dehnungs-Kurven, Die Ladegeschwindigkeit beträgt im Allgemeinen 2 mm/min.

Bei der Messung von Zugspannungen (Zugfließspannung, Zugbruchspannung oder Zugfestigkeit):

A) Bei herkömmlichen Tests, Die Ladegeschwindigkeit der Proben vom Typ I beträgt 10 mm/min; Die Ladegeschwindigkeit von Proben vom Typ II und Untertyp beträgt 5 mm/min;

B) Bei Schiedsverfahren, die Ladegeschwindigkeiten des Typs I, II- und III-Proben haben alle 2 mm/min.

IV. Testprozess

Schritt 1. Vorbereitung von Geräten und Werkzeugen

Stellen Sie sicher, dass die Universal-Materialprüfmaschine normal funktioniert, und die Vorrichtung ist an Ort und Stelle und ohne Beschädigung installiert.

Schritt 2. Probenvorbereitung

Bereiten Sie Proben vom Typ I vor (hantelförmig) 180×10×(2~10)mm, 10Stück insgesamt, Typ-II-Proben 250×25×(2~10)mm, 7Stück insgesamt, und Poissonzahl-Proben nach Bedarf.

Überprüfen Sie das Aussehen der Proben, um sicherzustellen, dass keine offensichtlichen Mängel vorliegen, und befolgen Sie die Bestimmungen von 4.2 in GB/T1446-2005.

Passen Sie den Zustand der Proben gemäß den Bestimmungen von an 4.4 in GB/T1446-2005.

Nummerieren und markieren Sie die qualifizierten Exemplare, und messen Sie die Breite und Dicke von drei beliebigen Punkten im Arbeitsabschnitt der Proben, Nimm das arithmetische Mittel, und die Messgenauigkeit muss den Bestimmungen von entsprechen 4.5.1 in GB/T1446-2005.

Schritt 3: Verstärkungsblech verkleben

Verwenden Sie zum Polieren Schleifpapier (oder Sandstrahlen) die Klebefläche an beiden Enden der Typ-II-Probe, Achten Sie darauf, die Materialfestigkeit nicht zu beeinträchtigen.

Reinigen Sie die Klebefläche mit Lösungsmitteln wie Aceton, um Fett und Verunreinigungen zu entfernen.

Verwenden Sie einen bei Raumtemperatur aushärtenden Klebstoff mit guter Zähigkeit (wie Epoxidkleber) um das Verstärkungsblech an beiden Enden der Typ-II-Probe zu befestigen, und setzen Sie das Klebeteil eine bestimmte Zeit lang unter Druck, bis es ausgehärtet ist.

Schritt 4: Installieren Sie die Probe

Spannen Sie die Probe so in die Halterung der Universal-Materialprüfmaschine ein, dass die Mittellinie der Probe mit der Ausrichtungsmittellinie der oberen und unteren Halterungen übereinstimmt.

Installieren Sie das Instrument zur Messung der Verformung im Arbeitsbereich der Probe.

Schritt 5: Laden und Datenaufzeichnung

Wenden Sie die Anfangslast an (um 5% der Ausfalllast), Überprüfen und justieren Sie die Probe und das Verformungsmessgerät, damit sich das gesamte System in einem normalen Betriebszustand befindet.

Bei der Messung von Zugspannungen, Laden Sie weiter, bis die Probe zerstört ist, und erfassen Sie die Ertragslast, Versagenslast bzw. maximale Belastung der Probe und die Form des Probenversagens.

Bei der Messung des Zugelastizitätsmoduls und der Poissonzahl, wenn kein automatisches Aufnahmegerät vorhanden ist, Es kann eine abgestufte Belastung verwendet werden, mit einem Notenunterschied von 5% Zu 10% der Ausfalllast, mindestens fünf Beladungsstufen, und die aufgebrachte Last sollte nicht überschritten werden 50% der Ausfalllast. Allgemein, die Messung wird mindestens dreimal wiederholt, und zwei stabile Verformungsinkremente werden verwendet, um die Lasten auf jeder Ebene und die entsprechenden Verformungswerte aufzuzeichnen; wenn ein automatisches Aufnahmegerät vorhanden ist, Es kann eine kontinuierliche Belastung durchgeführt werden.

Schritt 6, Ergebnisermittlung und anschließende Verarbeitung

Wenn die Probe durch einen offensichtlichen inneren Defekt beschädigt ist, oder die Probe vom Typ I ist in der Vorrichtung oder am Lichtbogen beschädigt, oder die Probe vom Typ II in der Vorrichtung beschädigt ist oder der Abstand zwischen dem Bruch der Probe und dem Einspannpunkt weniger als 10 mm beträgt, Die Probe ist ungültig.

Wenn weniger als fünf gültige Exemplare in derselben Charge vorhanden sind, Der Test sollte wiederholt werden.

Wenn die Probe vom Typ III im nicht arbeitenden Abschnitt beschädigt ist, Zur Berechnung der Zugfestigkeit wird weiterhin die Querschnittsfläche des Arbeitsabschnitts herangezogen, und die Bruchposition der Probe wird aufgezeichnet.

Schritt 7: Datenverarbeitung und -analyse

Verarbeiten und analysieren Sie die Daten gültiger Proben, und berechnen Sie mechanische Leistungsindikatoren wie den Zugelastizitätsmodul, Poissonzahl, Bruchdehnung, Zugfließspannung, Zugbruchspannung oder Zugfestigkeit.

Zeichnen Sie Spannungs-Dehnungs-Kurven, um das mechanische Verhalten und die Leistungsmerkmale von Materialien zu analysieren.

Schritt 8: Erstellung von Prüfberichten

Basierend auf den Testergebnissen und Analysen, Erstellen Sie einen Prüfbericht, inklusive Testbedingungen, Testprozess, Testdaten, Ergebnisanalyse, usw., Bereitstellung einer Grundlage für die Bewertung und Anwendung der Materialleistung.

Faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe-Bestimmung der Zugeigenschaften

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